[论文解读] Valley-protected backscattering suppression in silicon photonic graphene

Xiao‐Dong Chen, Jian‐Wen Dong|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2016

Topological Materials and Phenomena参考文献 26被引用 111

一句话总结

本文分析全介电硅光子石墨烯中的谷自由度，显示谷依赖的边缘态以及在Z形弯处的背散射抑制。它将带隙开启与反演对称性破缺和非零谷Chern数联系起来。

ABSTRACT

In this paper, we study valley degree of freedom in all dielectric silicon photonic graphene. Photonic band gap opening physics under inversion symmetry breaking is revisited by the viewpoint of nonzero valley Chern number. Bulk valley modes with opposite orbital angular momentum are unveiled by inspecting time-varying electric fields. Topological transition is well illustrated through photonic Dirac Hamiltonian. Valley dependent edge states and the associated valley-protected backscattering suppression around Z-shape bend waveguide have been demonstrated.

研究动机与目标

• 研究谷自由度如何在硅光子石墨烯中实现背散射抑制。
• 从谷Chern数的角度理解因谷对称性破缺导致的带隙开启。
• 揭示具有相反轨道角动量的体部谷模态。
• 在Z形弯绕组周围演示谷依赖的边缘态。
• 通过光子Dirac哈密顿量说明拓扑转变。

提出的方法

• 从非零谷Chern数的视角，重新考察因反演对称性破缺引起的光子带隙开启。
• 通过检查时变电场，识别具有相反轨道角动量的体部谷模态。
• 用光子Dirac哈密顿量描述拓扑转变。
• 在Z形弯波导附近演示谷依赖的边缘态和谷保护背散射。

实验结果

研究问题

• RQ1 在硅光子石墨烯中，反演对称性破缺如何导致非零谷Chern数？
• RQ2 体部谷模态及其轨道角动量的特征是什么？
• RQ3 谷依赖的边缘态在Z形弯处是否提供背散射抑制？
• RQ4 如何用光子Dirac哈密顿量来说明该体系的拓扑转变？

主要发现

• 带隙开启与反演对称性破缺以及非零谷Chern数相关。
• 体部谷模态具有相反的轨道角动量。
• 光子Dirac哈密顿量可以对系统中的拓扑转变进行建模。
• 谷依赖的边缘态在Z形弯周围实现背散射抑制。